液晶显示装置及其制造方法

专利名称：液晶显示装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶显示(LCD)装置及其制造方法。更具体地讲，本发明涉及这样一种LCD装置，其所包含的由聚合物隔层相互隔离的液晶微滴能用扭曲向列(TN)方式，超扭曲向列(STN)方式，电控双折射(ECB)方式，铁电液晶(FLC)方式，光散射方式，和相类似方式进行控制，以及这种LCD装置的制造方法。
对于LCD装置目前已经有许多种显示方式。对于应用光效应的LCD装置，已经实现例如使用向列液晶的TN方式和STN方式。近几年使用FLC的LCD装置已经达到了实际应用的水平。
现在出现了一种新的LCD装置显示方式，其中采用液晶的双折射来对液晶的透明或白色不透明状态进行电控制。在这种方式中，液晶(LC)分子的正常折射率与作为显示介质的聚合物的折射率基本上是匹配的。当向液晶施加电压时，沿电场方向排齐的液晶呈透明状态。在没有向液晶施加电压的时候，致使液晶不规则取向而使其呈白色不透明状态，即光散射状态。制造这种显示方式的LCD装置的方法有以下五种(1)用聚合物壳把液晶封装起来以提供一个显示介质(公开号为58-501631的日本申请)的方法。
(2)一种方法，其中可光固化的或热固性树脂与液晶混合在一起。通过固化树脂使液晶与树脂分开以在树脂中形成一个液晶区(公开号为61-502128的日本专利申请)。
(3)一种控制液晶区域液滴直径的方法(公开号为3-72317的日本专利)。
(4)一种使液晶进入多孔聚合物膜的孔的方法(公开号为3-59515的日本专利)。
(5)一种方法，其中作为光散射源的聚合物小球浮在液晶中由相对的两个透明电极所限定的区域中(公开号为3-46621的日本专利)但是，以上方法各自有以下的缺点。
在方法(1)中，封装的液晶构成了一个独立的液晶(LC)滴。这样，对每一个LC液滴需要施加一个驱动电压以改变液晶分子的取向，因此，要把所有这样的LC液滴作为一个整体来同时驱动就需要增加驱动电压。这限制了所形成的LCD装置的应用。
方法(2)和(3)采用了相分离。这样，在方法(2)中很难使LC液滴定位于准确的两维位置上，在方法(3)中很难准确地控制LC液滴的直径。
由于方法(4)在LC液滴的形成中没有采用相分离，所以，其优点是树脂材料和液晶材料的使用范围可以相当大，而且多孔聚合物膜可以足够纯净。但是，现在这种方法有如下的缺点不能按要求控制LC液滴的直径；不能准确地控制LC滴在基片表面的位置。
方法(5)能够提供很强的光散射能力。但是，这种方法有如下缺点很难均匀分布小球，因此很难获得关于所有像素都相同的散射率，从而使显示不均匀。
如上所述，在采用其中散布液晶的聚合物的LCD装置中，其中LC液滴分散在聚合物母体上，LC液滴的形状是不一致的，而且由于制造方法的限制，很难使LC液滴沿基片表面精确排列。由于不能精确排列LC液滴，因此就需要向各LC液滴施加不同的驱动电压。这会在电光特性的临界值处失去清晰度并相对增加驱动电压。由于出现了犬量的散射光较少的LC液滴，因此，使所形成的LCD装置的对比度较低。此外，如上所述，由于LC液滴的形状不一致以及LC液滴很难沿基片表面精确排列，因此不可能获得高清晰度的大屏幕。对于采用断续驱动(duty driving)方法进行驱动的LCD装置，其中驱动方法采用了一个通过通断一个信号而获得的平均值，在这种情况下不可能提高占空系数。
为了解决上述问题，转让给本申请的受让人的申请号为5-30996的日本专利申请记载了一种LCD装置400，如

图12和13所示。参照图12，在彼此相对的一对基片101a和101b之间注入一种由液晶材料，可光固化树脂和光聚合引发剂形成的混合物113。把遮光模114放在基片101a上，遮光模114有遮光部分110和透光部分111，以便使遮光部分110盖在像素部分上。然后，从遮光模114一侧发射紫外(UV)光108照射在混合物113上。如图13所示，通过照射，LC分子聚集在与微弱的光照射区域相对应的像素部分上，以在显示介质层形成液晶(LC)区域106，同时聚合物聚集在与强光照射区域相对应的在像素部分以外的部分上，以在显示介质层中形成聚合物间隔壁107。在这种所记载的LCD装置400中，由于像素部分被遮光膜遮住光，所以，能够在像素部分形成LC区域106。
但是，在像素部分具有LC区域的LCD装置400仍然存在以下问题在光照期间，由于基片101a的厚度，在遮光模和聚合物隔层形成的区域之间存在透光差。换句话说，除非光平行入射到基片101a上，否则，所形成的聚合物隔层会与所要求的形状不一样。由于光散射，聚合物隔层会比遮光模的图案更宽，或者聚合物与液晶不能严格进行相分离。这就会降低所形成的LCD装置的显示质量。
本发明的液晶显示装置包括一对基片，在它们之间有一层显示介质，这层显示介质包括一种聚合物和液晶，透明电极部分形成在这对基片的至少一个基片上，某一个波长范围的光不容易透过这个透明电极部分。
本发明的一个实施例中，透明电极部分以长条的形式形成在这对基片上，这对基片彼此相对而使这对基片上的条状透明电极部分彼此相交，透明电极部分相交部分构成像素。
本发明的另一个实施例中，透明电极部分形成在这对基片上，形成在这对基片其中一个上的透明电极部分构成以矩阵形式排列的像素电极，同时形成在另一个基片上的透明电极部分包含面向像素电极的加厚部分和变薄部分，与像素电极相对应的部分构成像素。
在本发明的又一个实施例中，这对基片的至少一个是透明的，透明电极部分对波长为400毫微米或更短的光的透光率是这对基片的至少一个基片的60％或更小。
在本发明的又一个实施例中，透明电极部分包括ITO膜。
在本发明的又一个实施例中，ITO膜含有7wt％或更多的氧化锡。
在本发明的又一个实施例中，透明电极部分包括掺锑氧化锡膜。
在本发明的又一个实施例中，掺锑氧化锡膜的厚度为100微米或更厚。
在本发明的又一个实施例中，取向膜形成在这对电极至少一个电极面对显示介质的表面上。
在本发明的又一个实施例中，透明电极部分包括氧化锌膜。
在本发明的又一个实施例中，显示介质包括相应于像素构成的液晶区域和围绕这个液晶区域的聚合物间隔壁。
制造本发明的液晶显示装置的方法包括以下步骤在两个基片中至少一个透明的基片上形成条状透明电极，某一波长范围内的光不容易透过这些透明电极；两个基片彼此面向地装在一起以使两个基片上的透明电极彼此交叉；在所装的两个基片之间的空间中注入至少是液晶材料和可光固化树脂的混合物；和用来自所装的两个基片的至少一侧的光照射这种混合物。
根据本发明的另一个方面，制造一种液晶显示装置的方法包括以下步骤在两个基片的第一基片上形成第一透明电极，其是以矩阵的形式构成像素电极，在这两个基片中至少第二基底是透明的，在某一波长范围内的光不容易透过形成的第二透明电极，第二透明电极包括一与像素电极相对应并朝向像素电极的图案加厚部分以及变薄部分；彼此面向地安装这两个基片，以使第一透明电极和加厚部分彼此交叉；在安装的两个基片之间的空间注入至少是液晶材料和可光固化树脂的混合物；和用来自第二基片一侧的光照射这个混合物。
在本发明的一个实施例中，透明电极由ITO膜形成，并把2标准立方厘米(sccm)或更少的氧送入反应装置以使透明电极含氧。
在本发明又一个实施例中，这个方法还包括在透明电极的至少顶部或底部表面形成氧化锌膜的步骤。
根据本发明，在一对基片的至少一个上形成透明电极部分，在某一个波长范围内的光不容易透过这些透明电极部分。当在这个波长的范围内的光从这些透明电极的外侧照射过来时，光通过透明电极部分后或被减弱，或被挡住。换句话说，在本发明的LCD装置中，透明电极部分起到遮光模减弱或挡住光的作用。
这样，在这对基片之间封闭有一种至少包含液晶材料和可光固化材料的混合物，通过光照射可以使其成为一种显示介质。当例如波长为400毫微米或更短的光从具有上述减弱光或挡光作用的基片的一侧照射过来时，光通过没有形成上述作用的部分并照射在这些部分下面的混合物区域。包含在混合物中的可光固化材料在这些区域开始进行聚合。结果是，聚合物材料主要出现在这些强光照射区域，同时LC分子出现在与形成上述作用的部分相对应的余下弱光照射区域。这样，可以分别形成LC区域和聚合物区域。随后，在与透明电极部分相对应的部分形成具有LC区域的显示介质，在其它部分形成聚合物间隔隔。
减光或挡光部分能透过波长大于400毫微米的光，这种光以供显示之用。因此，具有这种作用的所形成的LCD装置对实际显示没有影响。
这样，这里所描述的本发明具有的优点是能提供一种LCD装置，它所包含的显示介质的LC区域能在不用在液晶单元外部放置遮光膜的情况下精确对应于像素的形状而形成，并提供制造这种LCD装置的方法。
本发明的这些和其它优点对于本领域的普通技术人员来说，通过下面结合附图阅读和理解本发明更详细的说明而变得更清楚。
图1是根据本发明第一个实施例的LCD装置的截面图。
图2A和2B是说明图1所示的LCD装置制造过程的透视图，其中图2A表示的是照射的光是如何通过的，图2B表示的是LCD装置在照射之后的情况。
图3A和3B分别是根据本发明制造LCD装置过程和采用遮光膜的已有的制造过程的流程图。
图4是根据本发明的第二实施例的LCD装置的透视图。
图5是说明图4所示LCD装置在制造过程中状态的透视图。
图6A和6B分别表示的是在透明电极部分的UV透射率为不透明电极部分透射率的70％，和为48％情况下的聚合物间隔壁以及液晶与聚合物材料相分离的情况。
图7是表示在氧化锡百分比，波长和透光率之间关系的曲线图。
图8是表示通过在80℃温度下DC双极溅射而形成的ITO电极的光谱特性的曲线图。
图9是表示经DC双极溅射形成薄膜的温度与透光率之间关系的曲线图。
图10是表示波长(微米)与ATO膜的透光率(％)之间关系的曲线图。
图11是根据本发明第4个实施例的LCD装置的透视图。
图12是采用已知的使用了遮光模的方法进行光照射的透视图。
图13是用已知方法制造的LCD装置透视图。
下面将参照附图，以举例的方式来说明本发明，当然，本发明并不限于这些例子。
实施例1图1是根据本发明的第一个实施例的一种简单矩阵型LCD装置100的截面图。LCD装置100包括彼此面对的一对基片1a和1b，一个显示介质层9位于它们之间。显示介质层9在与像素12相对应的位置上有液晶(LC)区域6，而且在LC区域6周围有聚合物间隔壁7。
一些ITO条形透明电极2a和2b分别形成在成对基片1a和1b面对显示介质层9的表面上。基片1a上的透明电极2a与基片1b上的透明电极2b彼此相交。在所说明的例子中，它们以直角相交。
在透明电极2a和显示介质层9以及透明电极2b和显示介质层9之间形成有电绝缘膜和取向(alignment)膜(两者没有显示)，取向膜与显示介质层9相接触。
下面说明一种制造具有上述结构的简单矩阵型LCD装置100的方法。
条形透明电极2a形成在基片1a的一个表面上，条形透明电极2b形成在基片1b的一个表面上。透明电极2a和2b是通过溅射形成的，例如宽280微米，厚200毫微米，间隔20微米。基片1a和1b上具有透明电极2a和2b部分的(下面称为透明电极部分)部分的透光率为基底1a和1b上没有透明电极2a和2b部分(下面称为非透明电极部分)的透光率的40％。
通过例如溅射而沉积二氧化硅所形成的电绝缘膜覆盖在透明电极2a和2b上。电绝缘膜的厚度例如为50毫微米到300毫微米，最佳为70毫微米到100毫微米。
由聚酰亚胺这样的有机材料构成的取向膜形成在电绝缘膜上。取向膜的厚度为30毫微米到200毫微米，最好为50毫微米到100毫微米。然后用尼龙布和类似的东西摩擦取向膜。
如图2A所示，这样形成的基片对1a和1b彼此面对放置以使条形透明电极2a和2b彼此直角相交。基片1a和1b与插在它们之间隔离物装在一起。在基片1a和1b之间的空间的四周用例如环氧树脂密封胶封密起来。在密封壁上形成一个开口作为注入口。透明电极2a和2b可以不必严格直角相交，但只要相交即可。
然后，把一种液晶材料，可光固化树脂和光聚合引发剂的混合物注入基片1a和1b之间的间隔中。关于在这个例子中采用的混合物是这样的混合物，其中4克的ZLI-4792(Merck & CO.)作为液晶材料，再加上0.3％的手性试剂(S-811)0.1克的R-684(Nippon Kayaku)，0.07克的p-苯苯乙烯，0.8克的异丁烯酸异冰片酯，和0.1克的全氟，异丁烯酸酯作为可光固化树脂，0.003克的Irugacure651(Ciba-Geigy)作为光聚合引发剂。在约30℃的温度下注入这种混合物。光聚合引发剂可以被省略。
如图2A所示，从基片1a和1b外侧发射的波长为400毫微米或更短的光8照射在这种混合物上。作为光源，可以采用能发射平行光束的高压汞灯进行紫外线(UV)照射。混合物位于高压汞灯的下面，以便进行10毫瓦/厘米2的紫外线(365毫微米)的照射。光线从基片1a和基片1b的侧面同时发射5分钟。另一种方法是，照射先从一个基片的一侧进行。然后再从另一侧进行，或者只从一侧进行。在后一种情况下，与成行的多个像素相对应的长的LC区域以长条的形状形成。在基片1a和1b之间的液晶处在液相时的温度范围可以采用。
通过上述的照射，LC区域6形成在基片1a和1b之间与透明电极2a和2b相交处，即像素部分相对应的部分，同时，聚合物间隔壁7环绕在LC区域6四周，形成在其它部分上。这样就形成了LC单元。这里所用的句子“环绕在LC区域四周”还包括这样的情况，其中LC区域没有被完全包围，即LC区域的某个部分没有被聚合物间隔壁7所覆盖。
当在高温下进行照射以稳定LC的取向时，在慢冷却炉中这个高温必须低到室温。冷却的速度为3℃/小时到20℃/小时，最好为5℃/小时到10℃/小时。此外，在聚合物间隔壁7形成之后，如果需要可以进行短时间的弱照度UV照射，以固化可光固化树脂的任何残余物，并进一步确保聚合物的交联。
对于聚合物间隔壁7可以采用另外一种可光固化树脂。注入口可以用市场能买到的UV可固化树脂密封。应该进行固化UV可固化树脂的UV照射以便使基片的显示部分不再被光照射。
然后在这样组成的LC单元的两个表面上装上偏振片，以完成TN型LCD装置。
在显微镜观察这样制造的LCD装置。要确定已经聚集LC分子的LC区域6形成在像素部分上，在LC区域6和取向膜交界处没有残留聚合物材料，而且LC取向很好。还要确定在已经形成的聚合物间隔壁7中不含有液晶，LC区域6的形状和大小与已经形成的透明电极2a和2b相交处的形状和大小基本相同，并没有聚合物隔层7侵入像素部分。
表1表示的是这个例子的LCD装置基片透光率的测量结果。如从表1知道的一样，形成有透明电极的部分(透明电极部分)的透光率是没有透明电极形成部分(非透明电极部分)的透光率的40％。这表明透明电极部分足够作为一个遮光模来发挥作用。
表1400毫微米或更短波长光的透光率(％)
图3A表示的是根据本发明制造过程的流程图。制造本发明的LCD装置的过程是把一对基片面对面地放置；在这对基片之间的空间里注入一种液晶材料，可光固化和类似物的混合物；然后对具有这种混合物的这对基片进行UV照射。相比较而言，图3B表示的是一种已知的方法，其制造一种LCD装置的过程是把一对基片面对面地放置；在把一个遮光膜放在这两个基片中的一个表面之前或之后，在这对基片之间的空间里注入该种混合物；对具有这种混合物的这对基片进行UV照射。这样，根据本发明，可以省去在基片上放置遮光膜的步骤，因此极大地简化了制造过程。本发明方法的优点还在于，由于在LCD装置中设有遮光膜作用的透明电极以遮住UV，所以就不需要遮光膜取向了。
如果需要可以在LC单元上设置彩色滤光器。
实施例2在例2中，本发明提供一种有源矩阵型LCD装置。
图4是第二个例子的LCD装置200的透视图。LCD装置200包括一个TFT(薄膜晶体管)基片30和一个对面基片31，它们面对面地放置。在TFT基片30和对置基片31之间插入一个显示介质层9，显示介质层9具有LC区域6和环绕在LC区域6周围的聚合物间隔壁7。形成有LC区域6的部分构成了一个像素12的矩阵。
TFT基片30包括许多ITO的像素电极22，这些电极以矩阵的形式形成在玻璃基片1b面向显示介质层9的表面上。汇流线23沿横向和纵向环绕相邻像素电极22之间的空间。在一个方向环绕的汇流线是源极汇流线，而在另一个方向环绕的汇流线叫门极汇流线。在这个例子中，汇流线23还起到遮光膜的作用挡住可见光和UV线。像素电极22和横向及纵向汇流线23组通过相应的TFT20电连接或不连接。在玻璃基片1b上覆盖有一层取向膜4b，其覆盖住汇流线23和TFT20，并被摩擦以便进行取向处理。
对置基片31包括一个对置电极21，其形成在玻璃基片1a面向显示介质层9的表面上。对置电极21是一个透明电极，对某一波长范围的光透光率低。对置电极21相应于像素12的部分要比其他部分厚。在这个例子中，在这些加厚部分采用的是双层结构。一个取向膜和形成在对置电极21朝向显示介质层9的表面上，并被摩擦以进行取向处理。
下面说明制造具有上述结构的LCD装置的方法。
首先，在玻璃基片1b上形成像素电极22，汇流线23，TFT20和取向膜4b以构成TFT基片30。在玻璃基底1a上形成对置电极21和取向膜4a以构成对置基底31。按以下步骤制造上述对置电极21的双层结构通过高频溅射法形成例如厚度为100毫微米的，由IFO构成的具有高透射率的第一层。然后，通过DC双极溅射法在例如80℃的温度下，形成厚度为100毫微米的由ITO构成的第二层。采用光刻技术在第二ITO层上蚀刻出像素12矩阵的图案。表1表示的是这样形成的对置电极21的透光率的测量结果。正如从表1所知道的一样，对置电极21的双层结构部分21a(像素部分)的透光(UV)率约为其单层部分(非像素部分)透光率的42％。
分别对TFT基片30和对置基片31的取向膜4a和4b进行适当的摩擦。
如图5所示，TFT基片30和对置基片31彼此相对设置以使像素电极22与对置电极21的第二层彼此面对。然后把两个基片30和31装在一起，为了使它们之间的空间保持均匀一致还在它们之间插入6微米厚的隔离物。密封它们之间的空间，但留有一个开口作为注入口。
然后通过注入口，向TFT基片30和对置基片31之间的空间里注入一种液晶材料，可光固化树脂和一种光聚合引发剂的混合物。关于这个例子的混合物，可以采用这样一种混合物，其中4克的ZLI-4792(Merck & Co.)作为液晶材料加以0.3％的手性试剂(S-811)，0.1克的R-684(Nippon Kayaku)，0.07克的p-苯苯乙烯，0.8克的异丁烯酸异冰片酯，和0.1克的全氟异丁烯酸酯作为可光固化树脂，以及0.003克的Irugacure 651(Ciba-Geigy)作为光聚合引发剂。在30℃的温度和真空条件下注入这种混合物。
如图5所示，然后用波长为400毫微米或更短(即UV)的光8对注入到这对基片30和31之间的混合物进行照射。采用能发射平行光的高压汞灯作为光源进行UV照射。这种混合物位于高压汞灯下面以便用UV光进行10毫瓦/平方厘米(波长365毫微米)的照射。光从对置基片31一侧射出持续5分钟。可以采用液晶在基片之间为液相时的温度范围。
在进行上述光照射时，光被对置电极21上与像素12相对应的双层部分挡住。这样，LC区域6就形成在显示介质层9与遮光部分相对应的部分上，同时聚合物间隔壁7就形成在显示介质层9上与光照射部分相对应的区域上，并环绕在LC区域6周围。当为了稳定LC取向在高温下进行照射时，这个高温必须在慢冷却炉中降低到室温。此外，在聚合物间隔壁7形成之后，如果需要可以用弱照度进行短时间的UV照射，以固化可光固化树脂的任何残留物并进一步确保聚合物的交联。
然后在这样形成的液晶单元的两个表面上装上偏振片，以完成LCD装置200。也可以采用其它类型的可光固化树脂用于聚合物间隔壁7。用市场上可以买到的UV可光固化树脂密封注入口。此时，应该固化可UV固化树脂进行UV照射，以便使基片的显示部分受不到UV光的照射。
用显微镜观察这样制造的LCD装置200。要确定液晶材料已经聚集在像素12上而且取向情况很好，以及在液晶与取向膜4a和4b的交界处没有残留聚合物材料。还要确定在已经形成的聚合物间隔壁7中没有液晶，而且LC区域6的形状和大小与已经形成的对置电极21的第二ITO层的形状和大小基本相同。
如果需要可以在LC单元上设置彩色滤光器。
实施例3在例3中，将说明用掺锑氧化锡膜(下面称为ATO膜)取代例1和2中所使用的ITO膜。这里所讲的“ATO膜”是指与所谓的NESA膜具有相似组成和性质的膜。“NESA”是美国PPG Industries Inc产品的总的商业标志。
在例3中，用ATO膜取代ITO膜形成透明电极来制造图1的LCD装置100。按下列步骤形成ATO膜；首先把玻璃基片1加热到约450℃，把含有去离子水，盐酸，四氯化锡和三氯化锑的溶液喷涂在玻璃基片1上，以便形成例1中所讲的厚度约为150毫微米的条形透明电极。
这样形成的透明电极部分的UV透射率为33％，而非透明电极部分的UV透射率为93％。即前者的UV透射率约为后者的36％。所用波长为365毫微米。
这样，和例1一样，LC区域形成在ATO膜上构成的条形透明电极的相交处，同时聚合物间隔壁环绕LC区域形成。ATO膜还可以应用在例2所说介绍的有源矩阵(active matrix)型LCD装置中。
下面将介绍本发明的主要部分透明电极的透光率。
本发明采用透明电极作为遮光膜，而不是象已有技术那样把遮光膜放在一个LC单元的一个外表面上。在这种也可以作为遮光膜的透明电极中，关于UV光(波长400毫微米或更短)的透射率应该是非透明电极部分透光率的60％或更小，最好为50％或更小，具体的原因将在下面说明。
图6表示的是在透明电极部分的UV透射率为非透明电极部分的透射率的70％的时候，聚合物间隔壁的形成以及液晶与聚合物的相分离。图6B表示的是在透明电极部分的UV透射率为非透明电极部分的透射率的48％的时候，聚合物间隔壁的形成以及液晶与聚合物的相分离。
如从图6A中看到的一样，当透明电极部分的UV透射率不是足够低的时候，聚合物就会留在像素部分(透明电极部分)的液晶中。而且，在聚合物间隔壁中会发现LC分子，聚合物间隔壁应该形成在非像素部分(非透明电极部分)上。这样，对应于像素的矩阵图案没有形成聚合物间隔壁。作为对比，如图6B所示，极少的聚合物和LC分子分别形成在像素部分和非像素部分上，与像素的矩阵图案相对应在LC区域和聚合物间隔壁之间形成清楚的界线。
本发明还研究了液晶和聚合物材料之间的相分离与透明电极部分的透光率和非透明电极部分的透光率之比(用百分比表示)的关系。结果是，尽管在LC区域和聚合物间隔壁分别留有少量的聚合物和LC分子，但是在65％左右，可以改善相分离。在50％左右，可以实现完全的相分离，相应于覆盖像素部分的遮档部分的图案形成聚合物间隔壁。
下面将关于每个类型的透明电极详细说明根据本发明形成透明电极的方法。
首先说明采用ITO(一种氧化铟和氧化锡的混合物)作为透明电极的材料的情况。铟金属或氧化铟可以用作最初的材料。在前一种情况中，可以采用反应性沉积(reactive deposition)反应性溅射(reactive sputtering)反应性离子电镀(reactive ionplating)，或类似的方法。在后一种情况中，可以采用真空沉积，高频溅射，等离子体CVD(化学蒸发沉积)，或类似的方法。在任何一种情况中，先在减压条件下形成含有少量氧的ITO膜，然后进行烧结。
当增加形成膜中的氧的含量的时候，可以改进所形成膜的透射率。另一方面，当降低氧含量时，可以改进导电性。因此，通过在ITO膜形成过程中，适当设置膜形成中的氧化锡的量以及氧的含量，就可以很容易地控制ITO膜的UV透射率。
表2表示的是膜形成中的氧含量与关于波长为400毫微米或更短的光的透射率之比的关系。图7表示的是氧化锡含量，波长与透光率之间的关系。
如从图2中看到的一样，为了获得60％或更小的透射率之比，最好向反应装置中输入2标准立方厘米或更少的氧以使透明电极获得氧。而且，如从图7看到的一样，为了获得关于波长为400毫微米或更短的光的60％或更小的透射率之比，二氧化锡的含量最好为7％(按重量计)或更多。
表2
还可以通过改变ITO电极的厚度来控制透射率。图8表示的是在80℃温度下，通过DC双极溅射所形成的ITO电极的光谱特性。表示的是四种情况下的光谱特性，即没有形成ITO电极(只有基片)，形成的ITO电极的厚度为70毫微米，100毫微米和200毫微米的四种情况。
如从图8中看到的一样，对于波长为365毫微米的光来说，厚度为70毫微米时透射率约为50％，厚度为200毫微米时透射率为25％。由于没有ITO膜时基片的透射率为78％，所以为获得所许可的透射率之比，所需ITO膜的厚度是100毫微米或更厚，最好是150毫微米或更厚，尽管这在很大程度上可能要取决于形成ITO膜的条件。
还可以通过改变溅射的温度来控制透光率。图9表示的是采用DC双极溅射法形成ITO膜的温度与透光率之间的关系的试验结果。对于厚度固定为200毫微米的膜，测量其在五个形成温度上，即80℃，100℃，130℃，200℃和300℃的透光(波长365毫微米)率。
如从图9中看到的一样，在200℃时透光率为68％，130℃时为53％。由于没有膜的基片的透光率为92％，膜形成的温度应该为150℃或更低，最好是130℃或更低。
至此已经说明了控制UV透射率的各个参数。但是，实际上经常是采用这些参数组合的合成效果来控制电极的透射率。例如，当溅射温度为80℃而且二氧化锡的含量(按重量计)为5％的时候，尽管ITO膜的厚度小到70毫微米，但是透射率之比可能压缩到60％或更低。上述参数还取决于所要制造的LCD装置的类型。例如，对于小的LCD装置，电极的厚度就不那么十分重要了。而是需要降低溅射的温度或增加二氧化锡的含量。
接下来说明采用ATO膜的情况。
一种形成一个ATO膜的方法如下首先把一个玻璃片加热到450到500℃左右，然后在玻璃片上喷涂上含有去离子水，盐酸，四氯化锡和三氯化锑的溶液。还可以通过蒸镀来形成ATO膜。在后一种情况中，在蒸镀之后需要在500到550℃的温度下进行加热处理。一般来说，所形成的ATO膜的固有阻抗值略高于ITO膜的固有阻抗值，其透光率略低于ITO膜的透光率。
因此，为了降低ATO膜的透光率(波长400毫微米或更短)，应该增加膜的厚度。图10用竖轴代表透光率(％)，横轴代表波长(毫微米)来表示这种关系。在玻璃基片上没有膜，玻璃基片上有厚度为50毫微米，100毫微米和120毫微米的膜的这样四种情况下，来测量透光率。
如从图10中看到的一样，厚度为50毫微米时透光率为70％，厚度为100毫微米时透光率为48％。用于玻璃基片上没有膜时透光率为93％，所以要求厚度为100毫微米或更厚，最好为120毫微米或更厚。
这样，就说明了用于LCD装置电极的ITO膜和ATO膜。已经知道透明电极透光率的变化取决于膜形成时的温度，膜的厚度，以及膜形成时的其它条件(对于ITO膜为氧含量)。如从图6A和6B中看到的一样，聚合物与液晶之间的相分离也取决于这些条件。还已经发现透明电极部分的透光率(波长400毫微米或更短)与非透明电极部分的透光率之比最好为60％或更小，更好是为50％或更小。
在上述例子中，取向膜形成在彼此面对的成对的基片的每一个的表面上。取向膜也可以只形成在成对基片中任意一个的表面上。
实施例4在第4个例子中，透光率受形成在透明电极上的氧化锌膜的控制。在这个例子中，本发明是用在STN型LCD装置中。
图11是这个例子的LCD300装置的截面图。LCD装置300包括一对彼此面对的基片1a和1b，在这对基片之间插有一个显示介质层9。在基片1a和1b朝向显示介质层9的表面上分别形成有许多个条形透明电极2a和2b。基片1a上的透明电极2a与基片1b上的透明电极2b彼此相交。在所说明的例子中，它们是以直角相交的。但是，它们并不是必需以直角相交的。透明电极2a和2b的相交处与像素相对应。氧化锌膜32a和32b分别形成在透明电极2a和2b上。氧化锌膜32a和32b降低了对波长为250毫微米到400毫微米的光的透射率。在氧化锌膜32a和32b上形成有电绝缘膜和取向膜(两者没有表示)。显示介质层9具有聚合物间隔壁7和被聚合物间隔壁7包围的LC区域6。LC区域6中的LC分子的取向由取向膜控制。在所说明的例子中，LC分子具有240°的扭曲取向。
现在说明一种制造LCD装置300的方法。
通过溅射的方法，把ITO沉积在基片1a和1b的每一个的一个表面上，以形成宽为280微米，厚为200毫微米，间隔为20毫微米的ITO膜。这样，就形成了条形透明电极2a和2b。在透明电极2a和2b上形成厚度为50毫微米的氧化锌膜32a和32b。氧化锌膜32a和32b的厚度最好在10毫微米到100毫微米之间，更好是在30毫微米到50毫微米之间。当氧化锌膜32a和32b太薄时，其阻抗变高，导致要增加驱动LCD装置300的电压。当氧化锌膜32a和32b太厚时，膜的可见光透射率变低，导致LCD装置300的显示质量下降。在所说明的例子中，氧化锌膜32a和32b的厚度为30毫微米。透明电极2a和2b以及形成在它们上面的氧化锌膜32a和32b这里合称为透明电极部分。这里所称的“透明电极部分”包括透明电极和形成在透明电极顶部或底部表面上的透明膜，某一波长范围的光不容易透过这种透明膜。这种透明膜不必是导电的。对于波长范围在250毫微米到400毫微米的光来说，这个例子中的基片1a和1b的透明电极部分的透射率是非透明电极部分的透射率的30％。尽管在所说明的例子中，氧化锌膜32a和32b是在透明电极2a和2b之后形成的，但是它们也可以在透明电极2a和2b之前形成。氧化锌膜32a和32b可以至少形成在透明电极的顶部或底部表面上。
氧化锌膜32a和32b的形成如下先向基片上提供一种有机酸锌化合物溶液，然后进行烧结以形成一个氧化锌膜。然后，采用象升脱(lift-off)法这样的光刻技术使氧化锌膜形成图案，以使氧化锌膜只形成在透明电极2a和2b上。
而后通过例如采周溅射法沉积二氧化硅形成电绝缘膜并覆盖在透明电极2a和2b以及氧化锌膜32a和32b上。电绝缘膜的厚度最好为50毫微米到300毫微米，更好是为70毫微米到100毫微米。在所说明的例子中，电绝缘膜的厚度为70毫微米到100毫微米。
在电绝缘膜上形成由象聚酰亚胺这样的有机材料构成的取向膜。SE-150(由Nissan Kagaku生产)可以用作这种材料。取向膜的厚度最好为30毫微米到200毫微米，更好是为50毫微米到100毫微米。然后用尼龙布或类似的东西摩擦取向膜。在所说明的例子中，摩擦取向膜以使LC区域上的液晶分子在基片1a和1b之间扭曲240°。
然后，如图2A所示，放置这样形成的基片对1a和1b，以使条形透明电极2a和2b彼此相对并以直角相交。基片1a和1b与插在它们之间的隔离物装在一起。用密封胶沿基片1a和1b之间的空间的四周把这个空间密封起来。在密封壁上开一个孔用作注入孔。取向膜采用的是环氧树脂。采用6.3微米直径的塑料颗粒球作为控制元件间隙的隔离物。
而后，通过注入口向基片1a和1b之间的空间注入一种液晶材料，可光固化树脂和一种光聚合引发剂的混合物。在所说明的例子中，在所采用的混合物中，4克的ZLI-4427(Merck & Co.)作为液晶材料，加上0.5％的手性试剂(S-811)，0.4克的阿塔曼若丙烯酸酯，0.3克的硬脂丙烯酸酯，和0.5克的p-苯苯乙烯用作可光固化树脂，0.05克的Irugacure 651(Ciba-Geigy)用作光聚合引发剂。可以把光聚合引发剂省略掉。在约30℃的温度下进行注入。注入完之后，用市场可以买到的UV-可固化树脂来密封注入口。为固化可UV固化树脂要进行UV照射，以使注入的混合物(像素)不受UV的照射。
然后，如图2A所示，用波长为400毫微米或更短(即UV)的光8照射注入的混合物。采用能发射平行光的高压汞灯作为光源以进行UV照射。照射的强度为10毫瓦/平方厘米(对于波长为365毫微米的光)。同时从基片1a一侧和基片1b一侧发射光4分钟。
透光率的条件并不限于上面所述的那些。可以先从基片1a和1b中的一个的一侧进行照射，然后从另一个基片的一侧进行照射，或者也可以只有从一侧进行照射。在后一种情况中，与成排的许多像素相对应形成条形长的LC区域。可以在这样一个温度，或在高于这样一个温度的温度下进行照射，在这个温度下，在基片1a和1b之间的液晶变成各向同性液体。当采用这样一个高的温度的时候，在照射之后，需要按照0.1到0.5℃/分的速度把温度降低到室温或更低。
通过上述照射，在透明电极2a和2b相交的地方，即像素12上形成LC区域6，同时在像素12以外的部分形成聚合物间隔壁7。结果是显示介质层9包括LC区域6和包围LC区域6的聚合物间隔壁7。这样就形成了LC单元。
这里所用的句子“包围LC区域”不仅包括LC区域6完全被围的情况，而且也包括LC区域6的某一部分没有被包围的情况。如果需要，在经过上述照射形成聚合物间隔壁7之后，可以进行附加的光照射。这可以进一步固化可光固化树脂，以提高聚合物间隔壁7的机械强度。最好用弱照度进行短时间的后一种照射。可光固化树脂除了用在这个例子中以外，还可以用作形成聚合物间隔壁7的材料。这里所说的可光固化树脂包括线性聚合物型(单官能型)和交联型(多功能型)。还可以采用与光和热都反应的那种类型的可光固化树脂。
在这样制造的LC单元的基片1a和1b的表面上设置偏振片(没有示出)，并在基片1a和1b中的一个与相应的偏振片之间设置一个相移片(没有示出)。这样，就完成了这种STN型LCD装置300。在LCD装置300的一个基片上设置一个反射器就得了一个反射型LCD装置。
用显微镜观察这样构成的LCD装置300。结果是，要确定LC区域6形成在与透明电极相交处相对应的像素12上。这是可能的，理由如下在含有液晶和可光固化树脂的混合物的聚合引起相分离的过程中，由于在像素12中可光固化树脂的固化很慢，所以，像素12处于液晶相。在液晶和取向膜的交界处形成有没有固化的聚合物材料，通过控制取向膜在LC区域6中的LC分子可以获得良好的STN型取向。还要确定聚合物间隔壁7没有侵入像素12里，而且LC区域6没有扩展到像素12的外面。换句话说，LC区域6的形状和大小与对应于透明电极部分的像素的形状和大小基本相同。
由于根据本发明的LCD装置的显示介质层包括附在彼此面对的一对基片上的聚合物间隔壁，单元的空隙(显示介质层的厚度)的变化受外部作用力和冲击的影响很小。因此，本发明的LCD装置可以用于易于受到外部作用力和冲击而损坏的装置中，如便携式信息终端和笔输入型装置。
实施例5在第五个例子中，把本发明用于一个STN型单个矩阵LCD装置中。这个例子与例4的不同之处在于在透明电极上没有形成氧化锌膜。这个例子的LCD装置的结构与例1的LCD装置100的结构相同，但是与LCD装置100的不同之外在于在LCD区域6的LC分子以STN方式取向。
现在参照图1说明一种制造这个例子的LCD装置的方法。
通过溅射在基片1a和1b的每一个的一个表面上沉积ITO，以便形成宽为280微米，厚为200毫微米，并间隔20毫微米的IT0膜。这样就形成了条形透明电极2a和3a。对于波长范围在250毫微米到400毫微米之间光来说，这个例子的透明电极部分的透射率是基片1a和1b上透明电极部分以外的部分的透射率的40％。
然后，通过例如溅射沉积二氧化硅在透明电极2a和2b上形成电绝缘膜。电绝缘膜的厚度最好为50毫微米到300毫微米，更好是为70毫微米到100毫微米。在这个例子中，电绝缘膜的厚度为70毫微米到100毫微米。
由聚酰亚胺这样的有机材料构成的取向膜形成在电绝缘膜上。可以采用SE-150(由Nissan Kagaku生产)作为取向膜。取向膜的厚度最好为3 0毫微米到200毫微米，更好是为50毫微米到100毫微米。然后用尼龙布和类似的东西摩擦取向膜。在所说明的例子中，摩擦取向膜以使在LC区域中的液晶分子在基片1a和1b之间扭曲240°。
然后，如图2A所示，放置这样形成的基片对1a和1b，以使条形透明电极2a和2b彼此面对并以直角相交。基片1a和1b与插在它们之间的隔离物装在一起。用密封胶沿基片1a和1b之间的空间的四周把这个空间密封起来。在密封壁上开一个孔作为注入口。用一种环氧树脂作为密封胶。采用直径为6.3微米的塑料微粒球作为控制单元空隙的隔离物。
然后，通过注入口向基片1a和1b之间的空间中注入一种液晶材料，可光固化树脂和一种光聚合引发剂的混合物。在所说明的例子中，用4克的ZLI-4427(Merck & Co.)作为液晶材料加上0.5％的手性试剂(S-811)用0.4克的阿塔曼若丙烯酸酯，0.3克的硬脂丙烯酸酯，0.5克的p-苯苯乙烯作为可光固化树脂，用0.05克的Irugacure651(Ciba-Geigy)作为光聚合引发剂来制备一种混合物。光聚合引发剂可以被省略。在30℃左右的温度下进行注入。注入完成之后，用市场上可以买到的UV-可固化树脂把注入口封住。为固化可UV固化树脂要进行UV照射，以使注入的混合物(像素)不受UV的照射。
然后，如图2A所示，用波长为400毫微米或更短的光8照射注入的混合物。采用能发射平行光的高压汞作为光源进行UV照射。照射的强度为10毫瓦/厘米2(对于波长为365毫微米的光)。光同时从基片1a一侧和基片1b一侧照射4分钟。
透光率的条件并不限于上述的那些。首先可以从基片1a和1b的一个的一侧进行照射，然后从另一个基片的一侧进行照射。在后一种情况中，与成排的像素相对应以条形形成长条LC区域。可以在这样一个温度下进行照射，也可以在高于这样一个温度的温度下进行照射，在这个温度下，位于基片1a和1b之间的液晶变成各向同性液体。当采用这样一个高温时，在照射完成之后，需要以0.1到0.5℃/分的速度把温度降到室温或更低的温度。
如图2B所示，通过上述照射，在透明电极2a和2b的相交处，即在像素12上形成LC区域6，同时在像素12以外的部分形成聚合物间隔壁7。结果是，显示介质层9包括LC区域6和包围LC区域6的聚合物间隔壁7。这样就形成了LC单元。聚合物间隔壁7不必完全把LC区域6围上。
在通过上述照射形成聚合物间隔壁7之后，如果需要可以进行附加照射。这就进一步确保了可光固化树脂的固化，由此提高了聚合物间隔壁7的机械强度。最好采用弱光短时间地进行后一种照射。可以采用与本例不同的那些可光固化树脂用作形成聚合物间隔壁7的材料。
然后，在这样构成的LC单元的基片1a一侧和基片1b一侧设置偏振片(没有示出)，并在基片1a和1b中的一个与相应偏振片之间设置一个相移片(没有示出)。这样就完成了这种STN型LCD装置。可以在LCD装置的一个基片上设置一个反射器从而获得一个反射型LCD装置。
用显微镜观察这样形成的LCD装置。结果是，确定LC区域6已经形成在与透明电极相交处相对应的像素12上。这是可能的，理由如下在含有液晶和可光固化树脂的混合物的聚合引起相分离的过程中，由于在像素12上可光固化树脂的固化很慢，所以，像素12被液晶相所占据。在液晶与取向膜的交界处形成没有固化的聚合物，在取向膜的控制下，向LC区域6中的LC分子提供良好的STN型取向。还观察聚合物间隔壁7没有侵入像素12，LC区域6也没有扩展到像素12的外面。换句话说，LC区域6的形状和大小与对应于透明电极部分相交处的像素的形状和大小基本相同。
根据本发明的LCD装置的显示介质层9包括聚合物间隔壁，这些间隔壁附在彼此面对的一对基片上，起一种隔离物的作用。而且，聚合物隔壁7以网络形状形成，环绕在像素四周。因此，聚合物间隔壁7可以有效地阻止单元空隙(显示介质层的厚度)因受外部作用和冲击而发生变化。聚合物间隔壁7包围像素的结构不是为得到以上效果所必需的。
向本实施例的LCD装置施加500g/mmφ的笔压(pen pressure)进行压力测试。结果是，在施加笔压时单元厚度的变化没有引起显示的混乱。这就确保了本实施例的LCD装置可以用到笔输入型装置中去。本实施例的LCD装置除了具有出色的抗笔压的可靠性，还具有抗外部作用力和冲击的可靠性。不仅本例的STN型LCD装置具有很高的抗外部作用力和冲击的可靠性，而且象TN型LCD装置，FLC型LCD装置，以及单纯矩阵型(single martrix)和有源矩阵型LCD装置这样的其它类型的LCD装置也具有这样出色的可靠性。
本发明还可以用于除上述例举的LCD装置以外的其他各种LCD装置。通过选择被聚合物间隔壁包围的LC区域的液晶材料和控制液晶材料分子的取向，本发明还可以用于象TN，STN，FLC，和ECB型这样的各种类型的LCD装置。这些LCD装置可以是有源矩阵型或单纯矩阵型的。本发明还可以用于透射型和反射型LCD装置。
用作本发明的LCD装置的基片的材料不是特别的。可以采用透射光的玻璃和塑料膜这样的透明固体。也可以采用含有金属和类似的基片作为基片的一种。
因此，根据本发明，透明电极本身作为遮光膜，选择性地形成强照射部分和弱照射部分。这样，就不必另外放置已有方法所需的遮光膜。这极大地简化了制造过程，并显著地提高了制造中的生产能力。而且，通过在透明电极的顶部或底部形成对UV具有低透射率的透明氧化锌膜，可以有效地降低透明电极部分的UV透射率。这就使LC区域和聚合物区域明显地区分开了。此外，由于在LC单元中设置了起遮光膜作用的透明电极部分，所以，在光照射时LC单元无需遮光膜取向。因此，与要在LCD装置的一个基片的外表面设置一个遮光膜的已有方法相比，本发明可以显著提高照射时的取向精度，并由此使生产能力得到很大提高。
对于本领域的普通技术人员来说，很明显在不离开本发明的范围和实质的情况下就可以很容易地作出各种其它的改进。因此，所附的权利要求书的范围并不限于前面所作的说明，而是在更宽的基础上构成权利要求书。
权利要求
1.一种液晶显示装置，包括一对基片，在这对基片之间夹有一层显示介质，该层显示介质包括一种聚合物和液晶，在这对基片中的至少一个上形成有一些透明电极部分，在某一波长范围内的光不容易透过这些透明电极部分。
2.根据权利要求1的一种液晶显示装置，其中透明电极部分以长条形状形成在这对基片上，这对基片彼此面对设置以使这对基片上的条形透明电极部分彼此相交，这些透明电极部分的相交处构成像素。
3.根据权利要求1的一种液晶显示装置，其中这些透明电极部分形成在这对基片上，在这对基片其中一个上的透明电极部分构成以矩阵形式排列的像素电极，同时在另一个基片上的这些透明电极部分包括面对像素电极的加厚部分和变薄部分，与像素电极相对应的部分构成像素。
4.根据权利要求1的一种液晶显示装置，其中这对基片中的至少一个是透明的，透明电极部分对波长为400毫微米或更短的光的透光率是这对基片中至少一个的60％或更小。
5.根据权利要求1的一种液晶显示装置，其中的透明电极部分包括ITO膜。
6.根据权利要求1的一种液晶显示装置，其中的ITO膜按重量计含有7％或更多的氧化锡。
7.根据权利要求1的一种液晶显示装置，其中的透明电极部分包含掺锑氧化锡膜。
8.根据权利要求7的一种液晶显示装置，其中的掺锑氧化锡膜厚度为100毫微米或更厚。
9.根据权利要求1的一种液晶显示装置，其中在这对电极中的至少一个的面向显示介质的表面上形成有取向膜。
10.根据权利要求1的一种液晶显示装置，其中的透明电极部分包含氧化锌膜。
11.根据权利要求5的一种液晶显示装置，其中的透明电极部分还包含氧化锌膜。
12.根据权利要求7的一种液晶显示装置，其中的透明电极部分还包括氧化锌膜。
13.根据权利要求2的一种液晶显示装置，其中的显示介质包括相应于像素形成的液晶区域和包围液晶区域的聚合物间隔壁。
14.根据权利要求3的一种液晶显示装置，其中的显示介质包括相应于像素形成的液晶区域和包围液晶区域的聚合物间隔壁。
15.一种制造液晶显示装置的方法，包括的步骤有在至少其中一个是透明的两个基片上形成条形透明电极，某一波长范围的光不容易透过这些透明电极；把两个基片面对面地装在一起以使两个基片上的透明电极彼此相交；在所装在一起的一两个基片之间的空间里在注入一种至少含有液晶材料和可光固化树脂的混合物；和从两个基片的至少一侧用光照射这种混合物。
16.一种制造液晶显示装置的方法，包括的步骤有在两个基片的第一个基片上以矩阵的形式形成构成像素电极的第一透明电极，在这两个基片中，至少第二个片底是透明的，某一波长范围内的光不容易透过所形成的第二透明电极，第二透明电极部分包含图案与像素电极相对应且面向像素电极的加厚部分以及变薄部分；把这两个基片面对面地装在一起，以使第一透明电极和加厚部分彼此相交。向所装的两个基片之间的空间注入一种至少含有液晶材料和可光固化树脂的混合物；和从第二基底的一侧发射光照射这种混合物。
17.根据权利要求15的一种制造液晶显示装置的方法，其中透明电极由ITO膜构成，并向一个反应装置中注入2标准立方厘米或更少的氧，以使透明电极含有氧。
18.根据权利要求16的一种制造液晶显示装置的方法，其中透明电极由ITO膜构成，并向一个反应装置中注入2标准立方厘米或更少的氧，以使透明电极含有氧。
19.根据权利要求15的一种制造液晶显示装置的方法，还包括至少在透明电极的顶部或底部表面形成氧化锌膜的步骤。
20.根据权利要求16的一种制造液晶显示装置的方法，还包括至少在透明电极的顶部或底部表面形成氧化锌膜的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种液晶显示装置，其包括一对基片，在这对基片之间插有一层显示介质，这层显示介质含有聚合物和液晶，在这对基片的至少一个上形成透明电极部分，某一波长范围的光不容易透过这些透明电极部分。
文档编号G02F1/1333GK1120680SQ9510403
公开日1996年4月17日 申请日期1995年2月23日 优先权日1994年2月23日
发明者藤森孝一, 四宫时彦 申请人:夏普公司